Phản xạ toàn phần là gì? Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần và Bài tập dễ hiểu

Trong bài này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu vậy phản xạ toàn phần là gì? hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi nào? được ứng dụng gì trong khoa học và y học? 

I. Sự truyền ánh sáng vào môi trường tự nhiên kém chiết quan hơn ( n1 > n2 ) .

• Góc giới hạn của phản xạ toàn phần

– Khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang kém hơn, thì có một giá trị của góc tới mà tại đó không còn xuất hiện tia khúc xạ, chỉ quan sát thấy tia phản xạ. Giá trị này được gọi là góc tới giới hạn và được xác định bởi công thức:

sinigh = n2 / n1

1. Hiện tượng phản xạ toàn phần là gì ?

– Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ hàng loạt tia sáng tới, xảy ra ở mặt ngăn cách giữa hai môi trường tự nhiên trong suốt .

2. Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi nào ?

• Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi có hai điều kiện kèm theo là :
– Ánh sáng truyền từ một thiên nhiên và môi trường tới môi trường tự nhiên chiết quang kém hơn : n2 < n1 - Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc số lượng giới hạn : i ≥ igh

III. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần

– Hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng làm cáp quang dùng truyền thông tin và nội soi trong y học .
• Cáp quang : Là bó sợi quang
• Sợi quang : Cấu tạo : Gồm 2 phần chính
– Phần lõi : Bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất n1

– Phần vỏ bao quanh có chiết suất n2 (n2 < n1)

• Ưu điểm của cáp quang :
– Truyền được dung tích tín hiệu lớn, nhỏ, nhẹ dễ luân chuyển và dễ uốn
– Ít bị nhiễu bởi trường điện từ ngoài, bảo mật thông tin tốt .

IV. Bài tập về Phản xạ toàn phần

* Bài 1 trang 172 SGK Vật Lý 11 : Thế nào là phản xạ toàn phần ? Nêu điểu điện để phản xạ toàn phần .
° Lời giải bài 1 trang 172 SGK Vật Lý 11 :
• Định nghĩa : Hiện tượng ánh sáng truyền từ thiên nhiên và môi trường có chiết suất lớn đến mặt số lượng giới hạn với thiên nhiên và môi trường có chiết suất nhỏ hơn, chỉ bị phản xạ mà không bị khúc xạ gọi là hiện tượng tương phản toàn phần .
• Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần :
– Ánh sáng truyền từ môi trường tự nhiên chiết quang sang môi trường tự nhiên kém chiết quang hơn .

– Góc tới i phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: sinigh = n2/n1 (với n2
• Nếu ánh sáng đi từ môi trường tự nhiên có chiết suất n ra không khí thì : sinigh = 1 / n
* Bài 2 trang 172 SGK Vật Lý 11 : So sánh phản xạ toàn phần với phản xạ thường thì .
° Lời giải bài 2 trang 172 SGK Vật Lý 11 :
• Giống nhau
– Tia phản xạ đều truyền ngược lại được môi trường tự nhiên đầu
– Đều tuân theo định luật phản xạ .
• Khác nhau
– Cường độ của tia phản xạ toàn phần lớn bằng cường độ tia tới ; Còn cường độ của tia sáng phản xạ thường thì nhỏ hơn cường độ tia tới .
– Điều kiện xảy ra :
+ Tia phản xạ thường thì xảy ra khi gặp mặt phẳng nhẵn dưới mọi góc .
+ Phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi tia sáng đi từ môi trường tự nhiên chiết quang sang thiên nhiên và môi trường kém chiết quang hơn và có góc tới i ≥ igh .
* Bài 3 trang 172 SGK Vật Lý 11 : Cáp quang là gì ? Cấu tạo của cáp quang. Nêu một vài ứng dụng .
° Lời giải bài 3 trang 172 SGK Vật Lý 11 :
– Cáp quang là bó sợ quang. Mỗi sợi là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần .
• Cấu tạo sợi quang : gồm 2 phần
– Phần lõi trong suốt, bằng thủy tinh có chiết suất lớn n1 .
– Phần vỏ cũng trong suốt, bằng thủy tinh có chiết suất n2 nhỏ hơn phần lõi .
• Phản xạ toàn phần xảy ra ở mặt ngăn cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi theo sợi quang .
• Ứng dụng của áp quang : Truyền tín hiệu thông tin trong việc liên lạc và nội soi trong y học .
* Bài 4 trang 172 SGK Vật Lý 11 : Giải thích tại sao kim cương ( hình 27.4 SGK ) và pha lên sangs lóng lánh ? Người ta tạo ra nhiều mặt kim cương hay những vật pha lê để làm gì ?
° Lời giải bài 4 trang 172 SGK Vật Lý 11 :
– Kim cương và pha lê sáng lóng lánh vì nó hoàn toàn có thể phản xạ toàn phần ánh sáng mặt trời chiếu vào nó .
– Người ta tạo ra nhiều mặt cho kim cương hay những vậy bằng pha lê để làm cho chùm tia tới có nhiều năng lực phản xạ toàn phần dưới những góc tới khác nhau ứng với những mặt khác nhau, làm cho kim cương và pha lê lóng lánh hơn .

* Bài 5 trang 172 SGK Vật Lý 11: Một chùm tia sáng hẹp truyền từ môi trường (1) chiết suất n1 tới mặt phẳng phân cách với môi trường (2) chiết suất n2. Cho biết n1
Trường hợp nào sau đây có hiện tượng phản xạ toàn phần ?
A. Chùm tia sáng gần như sát mặt phẳng ngăn cách .
B. Góc tới i thỏa mãn nhu cầu điều kiện kèm theo sini > n1 / n2 .
C. Góc tói i thỏa mãn nhu cầu điều kiện kèm theo sini < n1 / n2 . D. Không trường hợp nào đã nêu . ° Lời giải bài 5 trang 172 SGK Vật Lý 11 : • Chọn đáp án : D : Không trường hợp nào đã nêu .

– Vì điều kiện có phản xạ toàn phần là n1 > n2 (đề cho n1 < n2).

* Bài 6 trang 172 SGK Vật Lý 11 : Một chùm tia sáng hẹp SI truyền trong mặt phẳng tiết diện vuông góc của khối trong suốt như hình 27.10. Tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt AC. Trong điều kiện kèm theo đó, chiết n của khối trong suốt có giá trị như thế nào ?

A. n ≥ √ 2 B. n < √ 2 C. 1 < n < √ 2 D. Không xác lập được . ° Lời giải bài 6 trang 172 SGK Vật Lý 11 :

• Chọn đáp án: A: n ≥ √2 

– Ta có : ΔABC vuông cân ⇒ ∠ B = ∠ C = 45 o
– Lại có : SI ⊥ BC ⇒ Tia SI truyền thẳng vào thiên nhiên và môi trường trong suốt ABC mà không bị khúc xạ ⇒ góc tới i ở mặt AC bằng :
i = ∠ B = ∠ C = 45 o ⇒ sini = sin45o = 1 / √ 2
– Tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt AC suy ra i ≥ igh ⇒ sini ≥ sinigh = 1 / n ⇒ n ≥ √ 2 .
* Bài 7 trang 173 SGK Vật Lý 11 : Có ba môi trường tự nhiên trong suốt với cùng góc tới :
– Nếu tia sáng truyền từ ( 1 ) vào ( 2 ) thì góc khúc xạ là 30 o .
– Nếu tia sáng truyền từ ( 1 ) vào ( 3 ) thì góc khúc xạ là 45 o .
Góc số lượng giới hạn toàn phần ở mặt ngăn cách ( 2 ) và ( 3 ) có giá trị như thế nào tính tròn số ) ?
A. 30 o B. 42 o C. 45 o D. không xác lập được
° Lời giải bài 7 trang 173 SGK Vật Lý 11 :
• Chọn đáp án : C. 45 o
– Khi truyền từ môi trường tự nhiên từ ( 1 ) vào môi trường tự nhiên ( 2 ) thì góc khúc xạ là 300 nên vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có : n1.sini = n2sin300 ( * )
– Khi truyền từ thiên nhiên và môi trường từ ( 1 ) vào thiên nhiên và môi trường ( 3 ) thì góc khúc xạ là 450 nên vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có : n1.sini = n3. sin450 ( * * )
– Từ ( * ) và ( * * ) suy ra : n3 / n2 = sin300 / sin450 = √ 2/2
⇒ Môi trường ( 2 ) chiết quang hơn thiên nhiên và môi trường ( 3 ) .
– Góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân làn ( 2 ) và ( 3 ) được tính khi truyền từ thiên nhiên và môi trường ( 2 ) vào môi trường tự nhiên ( 3 ) là :
sinigh = n3 / n2 = √ 2/2 ⇒ igh = 450
* Bài 8 trang 173 SGK Vật Lý 11 : Một khối bán trụ trong suốt có chiết suất n = 1,41 ≈ √ 2. Một chùm tia sáng hẹp nằm trong mặt phẳng của tiết diện vuông góc, chiếu tới khối bám trụ như hình 27.11. Xác định đường đi của chùm tia với những giá trị sau đây của góc α .

A. α = 60 o. B. α = 45 o. C. α = 30 o .
° Lời giải bài 8 trang 173 SGK Vật Lý 11 :
– Vì tia sáng tới có đường lê dài qua O nên tia tới SI vuông góc mặt phẳng trụ ⇒ góc i = 0 ⇒ tia sáng sẽ truyền thẳng vào khối trong suốt tới O .
– Tại O : tia sáng SO tạo với pháp tuyến ON của mặt ngăn cách phẳng một góc tới i .
– Ta có : i = 90 o – α
– Mặt khác, góc số lượng giới hạn khi ánh sáng truyền từ khối bán trụ ra không khí được tính bởi công thức :
sinigh = 1 / n = 1 / √ 2 ⇒ igh = 450 .
• Câu a ) α = 60 o
⇒ i = 90 o – α = 30 o ⇒ i < igh - Áp dụng định luật khúc xạ : sinr = nsini = √ 2. sin300 = √ 2/2 ⇒ r = 45 o . ⇒ Tia khúc xạ hợp với pháp tuyến của mặt phẳng phân làn của khối bán trụ góc khúc xạ 45 o như hình sau .

• Câu b ) α = 45 o
⇒ i = 90 o – α = 45 o ⇒ i = igh
⇒ r = 90 o ⇒ Tia khúc xạ đi sát mặt ngăn cách của khối tròn như hình sau :

• Câu c ) α = 30 o
⇒ i = 90 o – α = 60 o ⇒ i > igh
⇒ Xảy ra phản xạ toàn phần, không có tia khúc xạ ra ngoài không khí .
* Bài 9 trang 173 SGK Vật Lý 11 : Một sợi quang hình tròn trụ lõi có chiết suất n = 1,50. Phần vỏ bọc có chiết suất n2 = 1,41 ≈ √ 2. Chùm tia tới quy tụ ở mặt trước của sợi với góc tới 2 α như hình 27.12. Xác định α để những tia sáng của của chùm truyền đi được trong ống .

° Lời giải bài 9 trang 173 SGK Vật Lý 11 :
– Điều kiện mọi tia sáng trong chùm đều truyền đi được trong ống là phải thỏa mãn nhu cầu điều kiện kèm theo phản xạ toàn phần tại mặt phân làn của lõi trụ với vỏ bọc của nó .

– Từ hình vẽ ta có điều kiện kèm theo xảy ra phản xạ toàn phần là :
i ≥ igh ⇒ sini ≥ sinigh = n2 / n1
– Lại có : j = 900 – i ⇒ cosj = sini ≥ n2 / n1

– Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng tại I, ta có:

sinα = n1sinj = n1 √ ( 1 – cos2j )
⇒ sinα ≤ 0,5 ⇒ α ≤ 300

Phản xạ toàn phần là gì? Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần và Bài tập – Vật lý 11 bài 27 được biên soạn theo sách mới nhất và Được hướng dẫn biên soạn bởi các thầy cô giáo dạy Giỏi tư vấn, nếu thấy hay hãy chia sẻ và comment để nhiều bạn khác học tập cùng.

Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay